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1、1铁路防护录音监控系统研制报告一、概述一、概述（1）选题依据和任务来源本系统的研制是以麻城工务段在目前提速大环境下的劳动安全问题为背景，深入思考，对产生的原因进行了分析，解决突出的劳动安全防护问题，通过强化对关键岗位的控制确保劳动者的安全为依据。（2）研制铁路防护录音系统的目的和意义安全是铁路运输的最重要综合质量指标之一，是关系到铁路事业发展的大事，安全始终是工务系统恒久不变的主题。随着我国铁路运营速度的不断提高，对工务系统安全的要求越来越高，特别是工务作业点多线长、流动分散、任务繁重，日常劳动安全管理极为困难，因此对工务系统劳动安全的管理也提出更高的要求。本系统以武汉铁路局麻城工务段为背景，
2、对提速环境下工务劳动安全问题、产生原因进行分析，最后研制防护录音监控系统解决劳动安全存在的突出问题。通过该系统的研发和实践，事实证明该系统为整个铁路的安全防护工作起到了不可估量的作用：第一、该系统能完全杜绝以前在防护工作中无法解决的人为因素，从而将影响因素减少到最小。第二、该系统的实践运行，不仅在技术上实现实时监听，更在所2有安全工作执行者的心中起到了较高的安全警示作用，使其始终保持高度的警惕性和自觉性。第三、防护录音系统的研发和使用，为我国铁路事业的安全生产起到了较好的促进作用，提高了安全工作的规范化、科技化、制度化，为有效的保护铁路从业人员和国有资产的安全提供了有效的保障。（3）主要研究内
3、容及技术防护录音监控系统的主要研究内容是：第一、无线电通讯中的语音压扩无线电通讯系统在铁路运行中有着非常重要的作用，但由于无线电系统受到环境因素的限制，在实际工作存在众多问题如干扰、噪声、屏蔽等。由于这些实际因素造成语音质量差异，也为语音采集增加难度，如何提取清晰的语音声源成为我们首先解决的问题之一。在语音声源的问题中，我们结合实际，通过与相关厂商技术合作和学习，利用摩托罗拉语音压扩技术完美解决这一难题。摩托罗拉公司在无线通讯领域有着 65 年设计研发无线通讯技术的先进经验，X-Pand 语音压扩技术在摩托罗拉通讯设备中广泛应用，语音质量明显提高，声音清晰浑厚。 （语音压扩技术（语音压缩扩张技
4、术，COMPANDOR）是指在对讲机设计中的一项抑制噪声、提高话音质量的先进的音频技术。压扩技术是将所传输的信号被有效地压缩后再传输到另一端，在接收端信号再进行扩展，从而在给定的调制频偏下能最大限度地提高系统的信噪比（N/C），大大地降低环境背景噪声，话音质量得到了提高。即在发射的同时，它不但压缩你的呼叫信号，并且还减低外部的噪音。而3在接收到呼叫信号的同时，它又扩展其呼收信号减少接收中心不必要的背景噪声。 ）采用此技术可以产生更加清脆、清晰的话音，能使你在嘈杂的环境中仍能保持畅通的联系，改善了语音质量。在研制录音监控系统之初，我们就将技术得以结合，为语音的采集和录制提供了良好的基础。第二、模
5、拟音频的数字化压缩在日常无线通讯过程中，我们所听到的语音均为模拟音频，模拟音频无法在现有的网络中进行远程的传输和存储。为能实现远程的传输和存储，将模拟音频数字化将是我们唯一的选择。从字面上来说，数字化(Digital)就是以数字来表示。将音频数字化，就是将声音数字化。 （最常见的方式是透过脉冲编码调制 PCM(Pulse Code Modulation)。）运作原理如下：首先我们考虑声音经过对讲机麦克风，转换成一连串电压变化的信号。通过数字编码处理器记录每每一个电压变化的信号。如图：我们把分割线与信号图形交叉处的座标位置记录下来，可以得到如下资料，(0.01,11.65) 、(0.02,14.
6、00) 、 (0.03,16.00) 、 (0.04,17.74) .(0.18,15.94) 、 (0.19,17.7) 、 (0.20,20) 。我们现在已经把这个波4形以数字记录下来了，由于我们已经知道时间间隔是固定的 0.01 秒，因此我们只要把纵座标记录下来就可以了，得到的结果就是 11.65 14.00 16.00 17.74 19.00 19.89 20.34 20.07 19.44 18.59 17.47 16.31 15.23 14.43 13.89 13.71 14.49 15.94 17.70 20.00 这一数列。这一串数字就是将以上信号数字化的结果。看吧，我们确实用数
7、字记录了事物。在以上的范例中，我们的采样频率是 100Hz(1/0.01 秒 ) 。其实电脑中的 .WAV 档的内容就是类似这个样子，文件头中记录了采样频率和可容许最大记录振幅，后面就是一连串表示振幅大小的数字，有正有负。常见 CD 唱盘是以 PCM 格式记录，而它的采样频率 (Sample Rate) 是 44100Hz ，振幅采样精度/数位是 16Bits ，也就是说振幅最小可达 -32768(-216/2) ，最大可达 +32767(216/2-1) 。CD 唱盘是以螺旋状由内到外储存资料，可以存储 74 分钟的音乐。CD 唱盘的规格为什么是 44.1kHz、16Bits 呢？关于 44
8、.1kHz 这个数字的选取分为两个层面。首先人耳的聆听范围是 20Hz 到 20kHz ，根据 Nyquist Functions ，理论上只要用 40kHz 以上的采样频率就可以完整记录 20kHz 以下的信号。那么为什么要用 44.1kHz 这个数字呢？这就是 44.1kHz 的由来。在这里我们可以发现无论使用多么高的采样精度/数位，记录的数字跟实际的信号大小总是有误差，因此数字化无法完全记录原始信号。我们称这个数字化造成失真称为量化失真。第三、传输与主动式网络采集经过数字化处理的数据需要实时传输，该系统借用成熟的 TC/IP协议进行实时传输，TCP/IP（传输控制协议/网间协议）是一种网
9、络通5信协议，它规范了网络上的所有通信设备，尤其是一个主机与另一个主机之间的数据往来格式以及传送方式。TCP/IP 是 INTERNET 的基础协议，也是一种电脑数据打包和寻址的标准方法。防护录音系统可通过，铁路内部局域网络或者电信 ADSL 以及 3G 进行传输。第四、信息管理与存储基于 WINDOWS 技术的 IIS 平台 IIS（Internet Information Server，互联网信息服务）是一种 Web（网页）服务组件，其中包括Web 服务器、FTP 服务器、NNTP 服务器和 SMTP 服务器，分别用于网页浏览、文件传输、新闻服务和邮件发送等方面，它使得在网络（包括互联网和
10、局域网）上发布信息成了一件很容易的事。系统基于WINDOWS 平台搭建 IIS 服务器，时实采集各终端传输来的数字信号。通过开发的管理平台实现各级别的相应功能，如监听，下载，查询，备份等功能实现。（4）主要解决的问题一、是防护员录音系统可以督促防护员作业标准规范二、现事故、隐患，原始的录音资料对事故的定责可以起到责任明晰，界定清楚。三、对防护人员的考评提供原始依据四、提高安全管理效率，管理人员可以通过电脑在对录音通话记录进行监控，并对不规范的通话进行考核五、对防护员有一种强烈的警示作用，有利于全员整体安全意识的提高6六、防护录音系统同时可以有效掌握工区作业时间。由于防护监控录音系统在记录录音的
11、同时，还记录了通话的起止时间，我们可以通过驻站与工地防护员的通话时间有效的掌握工区上道作业的基本情况，可以加强控制工区上道作业率。（5）研制进度目前已完成批量定型二、系二、系统统研制的技研制的技术术背景背景铁路防护录音监控系统的研制，离不开无线调频通信技术和基于 TCP/IP 协议的互联网技术。调频技术，就是载频的频率不是一个常数，是随调制信号而在一定范围内变化，其幅值则是一个常数。与其对应的，调幅就是载频的频率是不变的，其幅值随调制信号而变。一般干扰信号总是叠加在信号上，改变其幅值。所以调频波虽然爱到干扰后幅度上也会有变化，但在接收端可以用限幅器将信号幅度上的变化削去，所以调频波的抗干扰性极
12、好，用收音机接收调频广播，基本上听不到杂音。使载波频率按照调制信号改变的调制方式叫调频。已调波频率变化的大小由调制信号的大小决定，变化的周期由调制信号的频率决定。已调波的振幅保持不变。调频波的波形，就像是个被压缩得不均匀的弹簧，调频波用英文字母 FM 表示。载波的瞬时频率按调制信号的变化而变，但振幅不变的调制方式。7载波经调频后成为调频波。用调频波传送信号可避免幅度干扰的影响而提高通信质量。广泛应用在通信等方面。IP 协议，IP（Internet Protocol）协议的英文名直译就是：因特网协议。从这个名称我们就可以知道 IP 协议的重要性。在现实生活中，我们进行货物运输时都是把货物包装成一
13、个个的纸箱或者是集装箱之后才进行运输，在网络世界中各种信息也是通过类似的方式进行传输的。IP 协议规定了数据传输时的基本单元和格式。如果比作货物运输，IP 协议规定了货物打包时的包装箱尺寸和包装的程序。 除了这些以外，IP 协议还定义了数据包的递交办法和路由选择。同样用货物运输做比喻，IP 协议规定了货物的运输方法和运输路线。TCP 协议，我们已经知道了 IP 协议很重要，IP 协议已经规定了数据传输的主要内容，那 TCP（Transmission Control Protocol）协议是做什么的呢？不知大家发现没有，在 IP 协议中定义的传输是单向的，也就是说发出去的货物对方有没有收到我们是
14、不知道的。就好像 8 毛钱一份的平信一样。那对于重要的信件我们要寄挂号信怎么办呢？TCP 协议就是帮我们寄“挂号信”的。TCP 协议提供了可靠的面向对象的数据流传输服务的规则和约定。简单的说在 TCP 模式中，对方发一个数据包给你，你要发一个确认数据包给对方。通过这种确认来提供可靠性。正是有了许多先进技术的保障，才有铁路防护录音监控系统的顺利研制。铁路防护录音监控系统中所使用的技术远远不止这两点，系统研发中声音的采集和传输是始终与这两项重要技术紧密结合在一8起。三、三、总总体体设计设计思路思路1、设计原则（1）科学严谨，态度认真。（2）适应性强，维护简单，人性化操作。（3）技术完善，便于推广使
15、用。（4）成本合理，能完全解决防护工作的矛盾。2、技术措施（1）科学的态度严谨，零件配件质量严格控制，以国际大品牌生产的零配件为主要采购对象，逐一挑选。（2）理论充分认证，确保技术合理性。（3）严格按照老化要求，长时间老化试验，确保产品稳定性。3、系统方案（系统组成）系统分为五个部分，具体如下：第一部分：天馈系统，天馈系统利用架设在室外的高增益天线，捕捉来至驻站指挥员与防护员之间的防护联控信号，通过馈线传输至接收模块。第二部分：无线通讯信号接收，该模块通过天馈系统捕捉的联控信号，加以调制，并还原成清晰的语音，并通过接口将音频信号传送到采集压缩模块。第三部分：音频采集压缩模块，为方便网络传输，该
16、模块将音频9信号采集压缩后，从新编码，使其成为数字音频信号，并送达网络传输模块中。第四部分：网络传输模块，将已经压缩的数字信号，通过基于TCP/IP 协议的网络，传输至服务器。第五部分：存储服务模块，该模块为软件模块，利用现有的计算机多媒体技术，来实现数字语音信号到模拟语音信号的转换和服务。四、系四、系统统工作原理工作原理设计设计1、系统结构设计系统组成2、系统原理设计无线通讯技术、音频采集技术、网络传输技术、数据存储技术的整合。五、系五、系统统工作原理（工作原理（需要需要补补充！包括系充！包括系统统网网络络拓扑拓扑图图、 、现场语现场语音采集音采集终终端硬件端硬件结结构构图图，流程，流程图图和工作原理概述，和工作原理概述，详细详细的叙的叙述在技述在技术报术报告中告中说说明明） ）1、系统结构设计天馈系统信号接收采集压缩远程传输存储服务102、系统原理设计无线通讯技术、音频采集技术、网络传输技术、数据存储技术的整合。11五、系五、系统统加工与制造加工与制造系统的加工制造全流水线作业，确保每台产品良品率，产品经过严格的老化试验，保证系统的稳定。12六、系六、系统统共用和技共用和
